防震设计论文范文1
关键词：建筑工程；地震安全性评价；峰值加速度；地震影响系数；抗震设防
中图分类号：TU99文献标识码：A
一、前言
北京作为首都，是全国的政治、文化中心和国际交往的枢纽，也是一座著名的历史文化名城。因此，北京市的抗震设防参数的选取尤为重要。
抗震设防是以现有的科学水平和经济条件为前提，规范的科学依据只能是现有的经验和资料基础上编制的。北京市的抗震设防是依据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》执行的，该规范是一般建筑物抗震设计的依据，是针对量大面广的一般建筑物编制的。但是，目前对地震规律性的认识还很不足，重要建筑（例如生命线工程、高层建筑等）的抗震设防都要进行工程场地地震安全性评价工作，并进行专门研究，并根据研究成果进行抗震设防。尤其是2008年汶川地震以后，政府部门对于这项工作更加重视，对每项重要工程的设防参数都进行严格审查，并根据工作成果进行批复，以此作为抗震设防的依据。
二、建筑工程抗震设防概况
北京市的抗震设防依据是《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》确定地震基本烈度，并具体根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》中与之相对应的设防参数执行，建筑抗震规范中规定：北京市城区及房山、通州、顺义、大兴、平谷的抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g，地震影响系数为0.16；昌平、门头沟、怀柔的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，地震影响系数为0.08。这些参数都是一般建设工程抗震设防依据，重要工程需通过地震安全性评价的方法来确定设防参数。
北京市重要建设工程需根据京震联字【1999】1号文件中《北京市工程建设场地地震安全性评价管理办法实施细则》的规定进行工程场地地震安全性评价工作，进行地震安全性评价的工程需按照地震主管部门审批后的地震动参数进行抗震设防。2008年汶川地震以后，北京市地震主管部门更加重视地震安全性评价工作，明确了进行地震安全性评价的工程的抗震设防参数，应采用高于50年的地震动参数进行抗震设防。
近些年来，我们一直从事于重要工程的地震安全性评价项目，每项工程都按照相应规范的技术要求进行了钻探和活动断层的判定，本文统计了我们完成的北京市六环路以内有代表性的101个重要工程项目（见图1），累计完成钻探16000余米，完成浅层地震勘探等物探长度20km，这些项目中提供的抗震设防参数都通过了审批部门的审查，并取得了抗震设防的批复文件。通过对以上项目抗震设防参数的统计和分析，得到了北京市六环路范围内的重要工程抗震设防的基本参数及基本设防水准，为重要工程的抗震设防提供依据。
地震安全性评价报告共提供了地震加速度、特征周期、地震影响系数等抗震设防参数，但项目设计单位在工程的结构设计阶段，认为地震基本加速度和地震影响系数对工程的结构验算及工程造价起到决定性作用，他们认为这两个参数的取值非常重要，因此，我们选取这两个参数进行论述。
图1已完成的安评项目分布图
三、安评结果统计分析
根据建筑工程结构设计的需要，地震峰值加速度和地震影响系数是抗震设计中的一项重要地震动参数，其取值的高低直接影响抗震设防的标准和基本建设投资。工程地质条件和场地条件的不同直接导致了地震峰值加速度和地震影响系数大小的变化，文中统计的项目所处的地质条件、地质分区和场地条件各不相同，根据钻探和剪切波速测试结果，这些项目主要分布与Ⅱ类和Ⅲ类场地上。依据《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》和《工程场地地震安全性评价技术规范（GB17741-2005）》以及主管部门的规定，所有项目都计算了50年和70年的地震动参数。本文对每项工程50年、70年超越概率10%的峰值加速度（图2、图3）和50年、70年的水平地震影响系数（图4、图5）进行了统计，并绘制了等值线图。
图250年超越概率10%地震峰值加速度等值线图（单位：gal）
从图2中可以看出，北京市的基本地震加速度度为0.20g，但城六区高于0.20g，酒仙桥一带达到0.22g，北七家和顺义都达到了0.21g。北东向的丰台-朝阳-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥一线是北京市的设防重点区域，其基本地震加速度都高于0.20g。
图370年超越概率10%地震峰值加速度等值线图（单位：gal）
从图3中可以看出，北京市70年超越概率10%地震峰值加速度与图2基本吻合，北东向的丰台-朝阳-酒仙桥-北七家-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥的地震加速度达到0.25g，其它大部分区域也都达到0.23g。
图450年设防水平地震影响系数等值线图
水平地震影响系数是根据烈度、场地类别等确定的，图4对北京市50年设防水平地震影响系数进行了统计，从图中可以看出北京市的城六区及百善、回龙观、顺义和通州的地震影响系数都高于0.16的规范允许值，其它区域也都不低于0.16。这与基本地震加速度和场地类别的确定是密切相关的。
图570年设防水平地震影响系数等值线图
从图5中，我们仍可以看到，北京市70年设防水平地震影响系数都到达了0.20以上，北七家和顺义都达到了0.22以上，如果按照70年设防水平选取水平地震影响系数，说明北京市的抗震设防已经达到了一个新的高度。
四、结论
本文通过对北京市六环路范围内已经完成的101个安评项目进行了统计和分析，结合《建筑抗震设计规范（GB50011-2010）》和《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》的相关规定，主要结论如下：
（1）50年抗震设防基本地震加速度为0.20g，水平地震影响系数介于0.16～0.18之间。
（2）70年抗震设防基本地震加速度介于0.22～0.25g之间，北东向的丰台-朝阳-酒仙桥-北七家-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥的地震加速度达到0.25g，其它大部分区域也都不低于0.23g；水平地震影响系数不低于0.20，北七家和顺义地区都达到了0.22以上。
（3）根据规范和政府主管部门的要求，重要工程按照安评结果设防并应适当提高设防水平，因此重要工程取70年或者更高的设防水准，说明北京市重要工程的抗震设防水准高于50年的基本设防烈度。
参考文献：
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2、 GB177412-2005，工程场地地震安全性评价技术规范[S]. 北京：中国标准出版社，2005.
3、 GB18306-2001，中国地震动参数区划图[S]. 北京：中国标准出版社，2001.
4、胡聿贤. 地震安全性评价技术教程[M]. 北京：地震出版社，1999.
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一、工程概况
市二二三地质队实验学校教学楼工程位于市月区二二三队大院西侧，工程为一幢六层属多层的条形建筑，其建筑面积为3971m2；建筑高度为23.4m，独立基础，框架结构，结构安全等级二级，6度抗震设防，设计基本加速度值为0.05g，抗震等级为四级，抗震设防类别为丙类，设计地震分组为第一组，场地分类为Ⅱ类，结构的设计合理使用年限为50年。本工程由华昌地质工程勘察有限公司进行地质勘察，圆方建筑设计院有限公司设计。
二、地质基础概论
根据华昌地质工程勘察有限公司为市二二三地质队实验学校教学楼工程项目提供的岩土工程勘察报告，勘察场地属第四系粉质粘土和白垩系细砂岩等组成，现分述如下：1）杂填土.2）粉质粘土.3）强风化细砂岩.4）中风化细砂岩.5）微风化细砂岩等五个土岩层，无断裂构造。场地下层未发现滑坡、岩溶等不良地质作用。本工程采用的独立基础形式，可视为适合本工程合理的基础形式。
据《中国地震动参数区划图、《建筑抗震设计规范》版）等的划分，区内抗震设防烈度小于6度，无须抗震设防。
根据府厅发[]1号文件精神，该工程为人员密集型工程，应纳入抗震设防专项审查范围，建议进行6度抗震设防专项审查工作。
根据岩土工程分析与评价，场地内土岩层分布简单、稳定，工程地质条件较好，适宜进行本工程建设。
三、总评与建议
本工程属教育部门的自救能力较弱人群使用的教学建筑工程项目，应按照省人民政府办公厅《关于进一步做好防震减灾工作的若干意见》的要求，参照《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223—第4.0.3条，进行丙类抗震设防。经专家讨论，本工程为六层教学楼建筑，建筑面积为3971m2，建筑高度为23.4m，可不进行地震作用的计算，但应强调抗震概念设计，本工程抗震措施符合抗震设防烈度为6度的要求，使建筑具有一定的抗震能力。经讨论研究，专家组认为本工程结构基本具备6度抗震设防的要求。
建议：
1、轴5～轴6和轴1/5～轴1/4的楼梯间休息平台梁处，应设钢筋砼构造柱，并始于基础；
2、所有框架柱、构造柱均应沿柱高筋与墙连结，伸入柱两边墙内长度≥500。
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论文关键词：供水管网，地震损失，宏观估计
2008年汶川地震、2009年智利太子港地震、2010年玉树地震、2011年新西兰克莱斯特彻奇均对受灾地区的生命、财产造成了损坏，供水管网亦遭受了重大损失。因此对于地震的损坏影响进行科学合理的预测估计就显得尤为重要，但迄今为止的损失估计方法多集中在震后详细统计评价，少量的预测估计统计提出了一些方法，但因为其对于资料要求比较高而不大适用于供水系统的抗震规划工作，因此建立适应和尤其是对于宏观方面的损失进行战略性的估计是非常必要的。
1研究现状
M. D. Trifunac水利论文，M. I. Todorovska对于Northridge-California地震中的管道损坏密度进行了分析，研究了其与表面土体应变之间的关系，其研究中所采用的指标是每km2的管道损坏数，因素为土壤的峰值应变或者场地土震动强度，通过分析其相关关系，建立起了预测模型，可以对San Fernando Valley和Los Angeles的管网在假设的地震场景下的损坏估计其地震损坏概率，对地震危机的应急预案（例如地震后的消防规划）具有重要的指导意义[[1]]。
Walter W. Chen， Ban-jwu Shih，Yi-Chih Chen等人对Ji-Ji地震进行分析，利用GIS的数据库，在研究中建立了修复率RR和地震峰值地动加速度、峰值地动速度、地震谱强度之间的关系[[2]]。
Yarg?c?Volkan对于埋地管线进行了深入研究水利论文，针对1999年的DüZCE地震进行了基于经验的埋地管线地震反应概率分析评价方法研究。该研究建立了管线损坏指标基于土壤液化敏感性、场地土厚度（如果存在的话）、峰值地动加速度、场地变形值等因素的有限状态函数，由此建立了管线系统的修复与前述因素的相关关系，这些成果均有助于供水系统运营者做好抗震规划[[3]]论文网。
IainTromans也研究了埋地管线在地震区的损坏特征。该研究在欧洲51次实际地震的资料基础上建立了经验公式，着重探索了管线震害率与峰值地动速度之间的关系，并认为峰值地动速度为因素建立管线震害率损坏指标的关系比较合理[[4]]。
Takao Adachi1, Bruce R. Ellingwood等人[[5]]研究认为管道损坏率（以抢修率近似）与管道损坏烈度存在关系：
（1）
RR——抢修率（RepairRatios），处/1000ft（处/305m）。
k——取决于管材、管径、土地条件的常数。
PGV——峰值地动速度（Peak Ground Velocity），in/s（2.5cm/s）。
但一般情况下地震区的地震烈度容易为供水系统的管理人员了解且直观明了，峰值地动速度比较专业且资料不易获取，故该模型应用受到限制。
2 管网损失宏观估计模型研究
2.1 地震烈度值单变量模型
管网损坏的程度采用以每km修复数目的“修复密度”和以产销差震前震后变化程度衡量的“恢复难度”两项指标来衡量，相关的影响因素考虑设防等级高于地震烈度的设防富余度、柔性管材与接头比例两项因素，对汶川各城镇的损失情况分析如图1、图2所示。可见按照修复密度损坏指标衡量的管网损失与各个因素相关度不高，如图1、图3所示；而柔性管材与接头比例也与两项损坏指标相关性不强水利论文，如图2、图4所示。故考虑基于恢复难度损坏指标与地震烈度、设防富余度因素的管网损失宏观估计模型。
图1修复密度与设防富余度关系图
图2 恢复难度与设防富余度关系图
图3 修复密度与柔性比例关系图
图4 恢复难度与柔性比例关系图
表1表明按照恢复难度指标计算的管网损失也与地震烈度基本呈正相关，因此同时考虑建立由基于地震烈度因素和恢复难度指标的单变量管网损失宏观估计模型, 利用表1的第2行与第4行的数据进行单变量非线性回归分析，借助于Microsoft Excel的散点图进行“加载趋势线”实现，趋势线选用多项式类型，得到结果如图5所示。
表1 恢复难度与设防富余度关系表
城镇名称
绵竹
青川
都江堰
绵阳
原来管网设防烈度
8
8
8
7
汶川地震实际烈度
9.5
9
9
7.5
设防富余度
-1.5
-1
-1
-0.5
恢复难度
2.53
1.8
0.67
0.42
城镇名称
江油
宁强
广元
成都
原来管网设防烈度
8
7
7
8
汶川地震实际烈度
8
7
7
7
设防富余度
1
恢复难度
0.2
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地震造成的损失巨大，给社会的经济和人们的心理都带来了很大的负面效应，超出了人们所能接受的能力。“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，虽保障了人的生命安全，但随着人口城市化进程的加快和科学技术发展的今天，已不再是一种完美的设计理念。
基于对上述问题的深刻反思，美国学者Bertero在20世纪90年代初期，首先提出了基于性能的抗震设计理论的新概念。这个理念的提出，得到了各国学者的广泛关注和兴趣。并展开了多方面的研究。目前，美国、新西兰、日本和欧洲等国家都把基于性能的抗震设计理论作为改进抗震设计方法、完善抗震设计规范的重要研究课题。
基于性能的抗震设计理论实际上是一个总体设计思想，主要指结构在受到不同水平地震（不同概率地震）作用下的性能达到一组预期的性能目标。这一理论的提出，是结构抗震设计思想的一次重大变革，它使抗震设防目标由传统的以生命安全为单一设防目标转为综合考虑生命安全与财产损失两方面的具体要求，强调了“个性”设计。目前，普遍的观点认为，基于性能的抗震设计理论主要包括以下内容：确定设防水准，划分结构的性能水平，选择合适的性能目标确定抗震的性能准则，研究抗震性能的分析方法，研究基于抗震性能的设计方法，制定基于性能的抗震设计规范。
1 基于性能的抗震设计方法
基于位移抗震设计方法
为实现性能抗震设计思想，可以借助多种方法，如传统的基于强度的设计方法、基于位移、能量、损伤的设计方法等。但就目前的研究水平而言，把性能设计应用到实际设计中主要有两种方法[1-2]，分别是基于强度的抗震设计方法和基于位移的抗震设计方法。
与传统的设计相比，基于性能的抗震设计方法从根本上改变了设计过程。主要不同是：这种设计思想直接以目标位移作为设计变量。采用基于位移的抗震设计方法，可以在结构设计初始就明确结构的性能设计水平，并且使设计的结构性能正好达到目标性能水平，而不是传统设计时给出一个限值。采用结构对应的最大位移进行变形设计，这与结构实际情况更为相符。
基于性能的抗震设计是指：根据结构的重要性和用途，提出不同的抗震设防水准和预期的性能目标，使设计的结构在未来地震中具备预期功能，从而使结构在整个生命期内，在遭遇可能发生的地震作用下，总的费用达到最小。当前，国内外对基于性能的抗震设计开展的研究工作主要集中在以下几个方面：
1）多级抗震设防水准的确定
抗震设防水准是指工程设计中，根据工程所在的地震环境和已定的设防目标，并考虑具体的社会经济条件来确定采用多大的设防参数，或者说应采用多大的强度作为防御的对象[3-4]。基于性能的抗震设计要求能预期结构在未来可能发生的地震作用下的抗震性能，即在抗震设防水准和性能水准之间建立起某种对应关系，因此，抗震设防水准的确定在基于性能的抗震设计中占有重要地位。
2）多级抗震性能水准的确定
性能水准，是指结构在某一特定抗震设防水准下预期破坏的最大程度。基于性能的抗震设计趋势是将结构构件、非结构构件等多种因素考虑进去，结构、非结构构件的破坏及其起的后果都被认为是性能水准。由此划分的抗震性能水准要更具体细致，使人们的选择范围更灵活。
3）可行的结构设计与分析方法
基于性能的抗震设计要求建立适合于在多级抗震设防水准下实现多级性能水准的结构设计与分析方法。
性能水准有两种彼此关联的表示方式：一种是定性的描述，另一种是定量的描述。前者主要针对非专业人员，如关于破坏程度、运营情况等的描述；后者主要针对专业人员，用于设计、维修、评估等，采用的指标通常为位移、延性系数等。
基于性能的抗震设计思想是一种基于投资和效益平衡的多级抗震设防思想，即要求在不同水准的地震作用下，根据结构的重要性、用途或业主的要求确定。同传统的抗震设计思想相比，基于性能的抗震设计思想主要有以下几个特点：
1）性能目标的多级性，即在不同的地震设防水准下，结构应满足不同等级的性能要求；对重要的结构，其性能目标要高于一般结构。
2）性能目标的可选性。在基于性能的抗震设计中，可以在满足规范的前提下，根据结构的用途及业主、使用者等的特殊要求，由工程师同业主、使用者共同研究制订结构的性能目标。这样，不仅可以满足不同业主提出的设计要求，发挥研究者、设计者的创造性，同时也有利于新材料和新技术的应用。
3）结构抗震性能的可控制性。在基于性能抗震设计中，在设计初始就明确结构的性能目标，并且使通过设计，使结构在各级地震作用的反应能够达到预先确定的性能目标，因而结构的抗震性能是可以预测和控制的。
结构抗震性能目标是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。结构抗震性能目标的建立需要综合考虑结构本身和社会效应的诸多因素。Vision2000 委员会建议将结构抗震性能目标分为三个等级：基本设防目标、重要设防目标和特别设防目标。基本设防目标是一般建筑设防的最低标准；重要设防目标是医院、公安消防、学校、通讯等重要建筑设防的最低标准；特别设防目标是含核材料等特别危险物质的特别重要的建筑的最低设防标准。
2 结论
基于性能的抗震设计理论的研究是一项有重要意义的课题，它的研究与发展有待国内外土木工程界和地震工程学界的共同努力。目前需要研究的问题有：
（1）对结构性态进行准确的评估；
（2）结构性态的明确说明；
（3）新型结构和特殊结构（如隔震或耗能减震结构）的基于性态设计的研究。
【参考文献】
[1]PriestleyM.J.N. Performance based seismic design12th Word Conference on Earthquake Engineering，Auckland，2000，Paper No.2831[Z].
[2]Fajfar，P. krawinkler， Helmut .Seismic design methodologies for the next generation of codes：Proeeedings of the Intemational Workshop on Seismic Design Methodologies for the Next Generation of codes[Z].Bled，Slovenia，June1997.
防震设计论文范文5
【关键词】基于性能的抗震设计理论；抗震研究；抗震设计方法
随着科学发展，结构抗震设计理论得到了迅速发展。从1920年日本学者大森房吉提出的抗震设计静力法，1940年美国Biot教授提出的弹性反应谱理论，发展到近一、二十年出现的动态时程分析法，共经历了三个主要阶段。20世纪70年代以来，随着人们对地震不确定性的深入认识，多级抗震设防的思想逐步得到地震工程界的认同，并提出基于性能的抗震设计理论。
1 基于结构性能抗震理论的发展概况
基于性能的抗震设计是基于性能的地震工程的一部分内容。基于性能的抗震工程理念可以追溯到地震工程学的开始[1]。20世纪六十年代，美国加利福尼亚结构工程师协会和波特兰水泥协会对基于性能的抗震工程提出了新的观点。
1964年美国的Alaskan 地震和1971年的San Fernando地震，使美国的抗震规范进行了修订以加强建筑物在遭受地震作用时的安全性。对规范进行大量修订是在1984年的Loma Prieta地震和1994年的Northridge地震后。七十年代中期，美国国家自然科学基金会和国家设防水平局资助进行了新的抗震设计方法的研究。到了八十年代，美国的海陆空三军总部出台了一个关于重要建筑的抗震设计手册[3]，手册里提出了一些和现在的基于结构性能的抗震设计理论非常相近的理论。这些抗震设计理论和1996年出台的升级版本可以看作是现在的基于结构性能的抗震设计理论的雏形。1995年，美国加利福尼亚结构工程师学会的Vision 2000 委员会提出了基于性能的抗震设计思想，并建立了新的结构性能设计体系的框架。此后，美国和日本自1999年起每年进行专题讨论，就基于性能的抗震设计理论框架、性能水准、结构设计和分析方法等内容进行学术交流。从而使得这种新的设计思路及围绕这一思路所需解决的一系列问题成为目前抗震工程及抗震设计研究的中心课题之一。
2 基于结构性能抗震设计理论
2.1 基于结构性能抗震设计理论的研究内容
基于结构性能的抗震设计理论是以结构抗震性能分析为基础，根据设防水准的不同，将结构的抗震性能划分为不同的等级。除了抗震设计方法，基于性能的抗震设计理论还包括目标性能的确定，主要包括以下三个方面：
2.1.1 地震设防水准
在设计基准期内，定义一组参照的地震风险和相应的设计水平，是基于性能设计理论的一个重要目标。文献[3]认为基于性能的设计理论应追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准，为此，需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为地震设防水准，分为常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并给出了其重现期和超越概率。
2.1.2 结构的性能水平及其量化指标
结构的抗震性能水平表示结构在特定的某一地震水准下一种有限程度的破坏，主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。文献[4]提出按照不同的地震动水平将结构的性能水准分为四级，即功能完好、功能连续、控制破坏与损失、保证安全。文献[5]提出了简化的三级性能水准，即可继续使用、修复后可再使用、保证安全。
2.1.3 抗震设计的目标性能
结构抗震设计的目标性能是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。我国抗震规范的目标性能实际是：小震不坏，中震可修，大震不倒。
2.2 基于性能的抗震设计方法
基于性能的抗震设计主要有以下三种方法。
2.2.1 位移影响系数法
位移影响系数法的基本原理：认为非线性SDOF体系的最大位移等于具有相同阻尼和刚度的弹性SDOF体系的最大位移乘以一个和强度折减系数R、周期Te等有关的位移修正系数：
Δi=CRδe=C0C1C2C3Sa■
式中：Δi，δe分别为非线性和线性体系的最大位移；CR=C0C1C2C3为位移修正系数；C0为反映等效单自由度体系（SDOF）位移与建筑物顶点位移关系的修正系数；C1为利用弹性位移估计弹塑性位移的修正系数；C2为反映滞回环形状对最大位移反应影响的调整系数；C3为反应效应对位移影响的修正系数；Sa为SDOF体系的等效自振周期和阻尼比对应谱加速度反应；T■为结构等效自振周期。
2.2.2 直接基于位移的方法
国内外学者提出了适用于不同类型结构的基于位移的抗震设计方法。
基于位移的计算方法需要对结构的期望位移最大值进行计算，然后进行结构设计，使结构和构件的变形能力超过期望位移最大计算值。
基于位移限值的迭代计算方法与基于位移的计算方法相似，不同的是结构的位移限值是给定的，进行结构设计时，需对结构体系进行反复修改，直到计算分析的位移值小于位移限值，整个设计过程需要迭代计算。
直接基于某一限值位移的方法是从某一给定的目标位移出发开始结构设计，并得到结构的需求强度、刚度等，最后得到满足某一设计地震水平的目标位移。
2.2.3 能力谱方法[6]和改进的能力谱方法
能力谱法的一个显著特点是：使用线性等效的方法。该方法对结构在地震作用下的“需”与“供”较为明确，有助于结构性能目标的选取。
3 目前基于结构性能抗震设计方法需要解决的问题
3.1 抗震设防水准的完善
目前世界各国各种规范文件对抗震设防水准的规定，有的用四种地震风险水平，有的用三种。对于多遇地震我国的地震设防水准偏低，就会导致在第一阶段抗震设计时，设计强度和弹性变形偏小，而对于常遇地震和罕遇地震则与美国规范持平。因此，结合我国的经济水平及地震区域的分布特点，提出更完善的抗震设防水准是当前地震工作者的一项重要任务。
3.2 结构抗震性能指标的量化与细化及多重指标的研究
目前对于基于性能的抗震设计，主要还是采用基于位移或变形的设计方法。由此产生三个问题：一是如何将业主对结构的抗震性能要求量化为具体的变形指标；二是控制指标的细化问题；三是多重指标的使用，有的学者[7]认为仅仅采用变形作为结构抗震性能的控制指标是不够的，应该使用两个或多个性能参数。
3.3 抗震设计方法的进一步改进
位移影响系数法只是一种衡量结构整体抗震水平的评估方法，无法提供具体楼层和主要构件的损坏情况。另外，该方法需要确定的系数较多，每一个系数取值的变化都会对结果产生较大的影响，使计算结果与结构的实际最大非线性位移会产生较大的误差。
直接基于位移的方法采用的是替代结构，由于替换结构的刚度是对应于最大位移时的割线刚度（或初始刚度），其周期一般比弹性结构的周期长（或小）许多。近年来的研究表明，近场强震效应、结构构件的滞回特性等对结构位移反应谱具有较大的影响。
在能力谱方法中，需要将原型多自由度结构体（下转第138页）（上接第134页）系转化为等效单自由度体系，这对于多高层结构体系来说，将产生比较大的误差；通常的能力谱方法都只适用于规则结构，对于抗侧刚度沿结构高度方向分布不均匀的结构体系或楼层平面内扭转反应比较明显的结构体系，该方法是否适用需要进一步研究。
4 结论
本文通过回顾基于性能的抗震设计理论的提出背景和发展历史，总结了基于性能的抗震设计理论研究内容和设计方法，提出了目前基于性能的抗震设计理论研究中存在的主要问题，为今后进一步研究指明了方向。
【参考文献】
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[5]T. J. Sullivan， G. M. Calvi， M. J. Priestley. The limitations and performances of different displacement based design methods[J]. Journal of Earthquake Engineering， 2003， 7， Special Issue 1： 201-241.
防震设计论文范文6
关键词：结构性能 抗震设计 位移 位移延性系数 能力需求曲线
Discuss on Aseismatic Design Based on Structural Performance
Abstract: Aseismatic design based on structural performance was put forward firstly in 90’s of last century. It was a reform of design ideas . This paper introduced the background、content and process of the design theory. The method of design based on displacement which has been applied widely was emphasized. At the end of this paper, the development of the design was analysed.
Keywords: structural performance, aseismatic design, displacement, modulus of displacement ductibility, curve of capability demand.
前言：
传统的抗震设计方法是以保证人的生命安全为原则的设计方法，依此思想设计的各种建筑物在地震作用下基本能够保证生命安全。近年来世界各国发生的大地震，特别是1989年美国Loma Prieta、1994年美国Northridge和1995年日本阪神地震的震害都表明，按现行建筑抗震规范设计的结构总体上基本保证了“大震不倒”的安全目标，但是造成的经济损伤极其严重。为了强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，美国学者Bertero等人提出了基于性能的抗震设计思想和方法（Bertero，1996；SEAOC，Vision 2000 Committee，1995）。随后这种抗震设计思想引起了整个地震工程界极大的兴趣。从各国抗震设计规范修订的动向看,可以说基于性能的抗震设计思路(Performance Based Seismic Design 简称PBSD)是21世纪世界抗震设计规范的大潮流，21世纪的地震工程将是基于功能的地震工程。
1DBSD设计理论
1.1 PBSD理论的研究内容
基于功能的结构抗震设计方法是以结构抗震性能分析为基础的设计方法。美国加州结构工程学会的放眼21世纪委员会(Vision 2000 Committee SEAOC 1995)明确提出了PBSD的理论框架，它应包括地震设防水准、结构抗震性能水准、结构抗震设计方法等三方面内容。
1.2地震设防水准的划分
PBSD 理论的实质就是要控制结构在未来可能发生的地震作用下的抗震功能,地震设防水准是指未来可能作用于场地的地震作用的大小。Vision 2000 Committee大会宣言称，基于性能的结构抗震设计理论追求能控制建筑物经历现场发生的所有地震波谱的破坏水准，为了实现这一方法，需要根据不同重现期选择所有可能发生的、对应不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为“地震设计水准”。放眼21世纪委员会在关于结构功能设计的研究报告中,建议设防地震等级由表一所示：
1.3结构抗震性能水准的划分及设防目标的建立
结构抗震性能水准表示建筑物在特定某一地震设计水准下预期破坏的最大程度。结构、非结构构件以及因它们破坏引起的后果，主要用结构破坏程度、结构功能和人员安全性来表达。结构在地震作用下的性能可以表现为位移、能量和地震损伤，性能水准应该表达为量化指标、工程术语,以便于工程设计和评估。结构抗震性能等级由表二描述。
结构抗震设防目标是针对某一地震设防水准而期望达到的抗震性能等级。美国学者建议，将结构抗震设防目标分为三类:基本设防目标、重要设防目标、特别设防目标。结构抗震设防目标与设防地震等级、抗震性能等级的关系（性
态控制图）见图一。
1.4DBSD理论的三种方法
基于位移的抗震设计大致可归纳为:按延性系数设计的方法、能力谱方法和直接基于位移的方法。
1.4.1按延性系数设计的方法
延性通常包括结构延性、构件延性和截面延性三个层次。结构延性可以用顶点位移延性(总体延性)或层间位移延性(楼层延性)来表达；构件延性与塑性铰区长度和截面延性等有关；截面延性与其几何形状、混凝土强度、轴压比、纵筋含钢率、含箍特征值等因素有关。对于一个给定的结构，截面的延性系数大于构件的延性系数；构件的延性系数大于结构的延性系数，两者的关系与结构的塑性铰机制等有关。对于梁铰机制的框架结构，总体延性系数为3～5时，楼层延性系数可能为3～10，而梁构件的延性系数可能为5～15或更大一些。
按延性系数设计方法的实质，是通过建立构件的位移延性系数或截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系，由约束箍筋来保证核心混凝土能够达到所要求的极限压应变，从而使构件具有要求的延性系数。这种方法在新西兰等国家得到应用,并常称之为“能力设计”方法。
用位移延性系数描述构件的弹塑性变形能力的最大问题是如何定义结构或构件的屈服位移和极限位移,不同的定义得到的延性系数可能相差很大。
1.4.2 能力谱设计法
能力谱方法也可以称为非线性静力方法 (NonlinearStaticProcedure)或静力弹塑性分析(Push Over Analysis)，它是1975年由Freeman等提出来的，后来由众多学者如Fajfar等的发展、完善了能力谱法。这种方法目前仍处于不断的完善与改进之中。各研究者提出的计算方法不尽相同，但没有本质差别。其步骤如下:
按规范进行结构承载力设计；
对结构进行非线性静力分析 。用单调增加水平荷载作用下的静力弹塑性
分析(push over alysis)，计算结构的基底剪力 -顶点位移曲线。
（3）建立能力谱曲线对不很高的建筑结构，地震反应以第一振型反应为主
可用等效单自由度体系代替原结构。因此，可以将-曲线转换为谱加速度 -谱位移曲线，即能力谱曲线:
式中、分别为结构第一振型的振型参与系数和模态质量。
建立需求谱曲线若采用规范的加速度反应谱作为结构的地面运动输
可以用式将其转换为-谱曲线,即需求谱曲线:
（4）确定结构的等效阻尼比或等效延性比
检验结构的抗震能力将能力谱曲线和某一水准地震的需求谱画在同一
坐标系中，若两条曲线没有交点，说明结构的抗震能力不足，需要重新设计；若两条曲线相交，交点对应的位移即为等效单自由度体系在该地震作用下的谱位移。将谱位移转换为原结构的顶点位移，根据该位移在原结构-曲线上的位置,即可确定结构在该地震作用下的塑性铰分布、杆端截面的曲率、截面边缘混凝土的压应变等,综合检验结构的抗震能力。
《日本建筑标准法》和美国ATC－40都采用能力谱法作为基于位移抗震设计的分析方法。
1.4.3 直接基于位移的方法
直接基于位移的方法步骤如下:
⑴ 由规范加速度反应谱或地震加速度时程建立不同阻尼比的设计位移反应谱。
(2) 计算结构等效单自由度体系的目标位移
式中, 和分别为结构第层的质量和在某一水准地震作用下第层的层间位移。
(3)确定等效单自由度体系的等效质量和等效阻尼比:等效质量可以用下式计算
等效单自由度体系的位移延性系数, 式中取为。由延性系数和结构体系,可由等效阻尼比与延性系数的关系确定等效阻尼比。
(4)确定等效单自由度体系的等效刚度
式中,为等效单自由度体系的周期,根据等效单自由度体系的和确定。
(5)计算设计基底剪力和水平地震力:等效单自由度体系的位移、刚度确定后,等效单自由度体系的地震作用 (图4(b)),即原结构的设计基底剪力由下式确定
水平地震力沿原结构高度的分布(图4(a))可以用下式计算:
⑹ 计算原结构的水平地震作用效应:在水平力作用下的结构分析,应采用
结构顶点位移达时的杆件刚度。直接基于位移的抗震设计根据在一定水准地震作用下预期的位移计算地震作用,进行结构设计,以使构件达到预期的变形,结构达到预期的位移。用这种方法确定目标位移和将多自由度体系等效为单自由度体系的前提是结构中可能形成塑性铰的部位同时达到屈服,显然这在实际结构中是难以实现的。
2需要解决的几个问题
基于结构性能的抗震设计理论尚不成熟，要广泛应用于设计存在一定的困难，有一些问题尚应进一步展开研究：
在结构性能方面，对结构抗震性能的描述不宜采用“不坏”、“可修”和
“不倒”等模糊的定义，应采用量化的数据指标以便用于工程设计；
完善能力谱方法,考虑高振型的影响,研究如何模拟剪力墙等抗侧力元，
以保证对体型复杂及高层、超高层的建筑结构适用；
DBSD设计方法都是用静力方法去解决在地震作用下的结构设计问题,不
考虑诸如地震持续时间、结构往复弹塑性变形和累积耗能等因素的影响,这是方法本身固有的不足；
建筑结构在罕遇地震作用下具有一定的破坏,这些状态可以用破坏指标
来度量。常用的破坏指标有:延性系数指标、能量耗散指标、位移指标、位移能量双重指标、考虑能量耗散的位移指标。应进一步研究哪种破损指标才能真正地表现地震作用下的破坏性能；
建立层间位移与构件变形的关系，构件变形与纵向配筋、轴压比及含箍
特征值等的关系，建立考虑构件的弯曲、剪切变形、塑性铰区长度、结构塑性铰机制等与结构位移的关系，以便广泛地应用于工程设计；
结构构件屈服进入弹塑性后，构件滞回耗能产生的滞回阻尼可以用等效
粘滞阻尼比表示。构件滞回耗能的大小主要与构件的弹塑性位移比（即延性比）有关。建立构件、结构的滞回耗能与等效阻尼比的关系，是基于位移抗震设计的关键之一；
建立位移谱最简单和直接的方法是根据谱位移与谱加速度的关系,从现
行规范所用的加速度反应谱导出。但是,国际地震工程协会(IAEE)的研究表明这种方法并不合理。国外一些学者建立了不同阻尼比的位移谱和不同延性比的弹塑性反应谱，这些谱未反映中国地震地面运动的特征，因此有必要建立中国自己的位移谱和弹塑性反应谱。
3结语
基于结构性能的抗震设计理论（Performance Based Seismic Design 简称PBSD）是以结构抗震性能分析为基础的结构设计，是设计理念的一次变革，涉及结构抗震设计的各个方面，对工程结构的设计和发展具有重大意义。目前关于PBSD理论的研究大部分还处于定性方向阶段。与国外相比，我国还处于刚起步阶段，可谓任重道远。总之，PBSD理论的研究与发展有待国内外土木工程学界和地震工程学界的共同努力。
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